Важность нивелирования «первопричины» ухудшения параметров качества электроэнергии. «Традиционные» и новые технические средства стабилизации напряжения в силовых сетях объектов. Феррорезонансные трансформаторы и магнитные синтезаторы.
В силовой сети объекта любого назначения напряжение является «маркером» качества электроэнергии, причем в достаточной степени регулируемым, хотя:
- далеко не все «традиционные» технические средства для стабилизации напряжения можно признать пригодными для использования в современных силовых сетях с быстроизменяющейся нелинейной нагрузкой и чувствительным оборудованием под управлением автоматических или автоматизированных систем;
- исходя из банального здравого смысла решение любой проблемы следует начинать с поиска и максимально возможного устранения первопричины, причем отнюдь не стоит «опускать руки» в ситуациях, когда причиной искажений напряжения являются критически важные компоненты силовой сети (оборудование, устройства, системы).
Так, в число главных «ответственных» за отклонения параметров качества (см. более детально в этом материале) входят мощные нагрузки, включение (и отключение) которых приводит к скачкообразному повышению (снижению при отключении) тока и, соответственно просадке напряжения (или перенапряжению). Однако компенсировать повышенную потребность в реактивной энергии для возбуждения магнитного поля обмоток электродвигателей, трансформаторов можно конденсаторными установками коррекции коэффициента мощности (УКРМ). В свою очередь уменьшить негативы переходных процессов при коммутации ступеней УКРМ, УКРМТ реально снижением мощности конденсаторных батарей, причем совсем не обязательно выполнять «дробление» мощности УКРМ созданием большого числа ступеней, что дорого, материалоемко и мало эффективно – проблема сегодня решается разработкой бинарных УКРМТ (более детально о бинарных конденсаторных и реакторных группах с тиристорными вентилями здесь). Аналогично искажения напряжения (и тока, частоты) из-за эмиссии гармоник при работе преобразователей, коммутации полупроводниковыми ключами и т.д., а также трансмиссии гармонических возмущений из «смежных» по точке общего присоединения силовых сетей, эффективно устраняются пассивными, гибридными или активными фильтрами гармоник (АФГ).
Т.е. прежде, чем использовать различные технические средства, ориентированные на стабилизацию сетевого напряжения, нужно найти «виновника» искажений, максимально устранить проблему «по месту», а также оценить возможность проведения организационных мероприятий, что будет дешевле и эффективнее (см. диаграмму и решения проблемы искажений напряжения в этом материале).
«Традиционные» и новые технические средства стабилизации напряжения в силовых сетях объектов
С развитием технологий, появлением новых материалов перечень технических средств для стабилизации напряжения в силовых сетях промышленных и непромышленных объектов значительно расширился, причем даже «традиционные» ИБП (источники бесперебойного питания), вольтодобавочные преобразователи, феррорезонансные трансформаторы и т.д. претерпели существенные изменения. Однако все электронно-электрические, электромеханические преобразователи, включая мотор-генераторы (мotor-generator – M-G) и супермаховики, сверхпроводящие индукционные (СПИН), инерционные (ИНЭ) накопители, «суперконденсаторы (конденсаторы с двойным электрическим слоем – КДЭС), магнитные синтезаторы (Magnetic synthesizers), сверхпроводящие накопители магнитной энергии (Superconducting magnetic energy storage – SMES) и т.д. и т.п. имеют свои особенности, преимущества и недостатки, специфику и эффективность применения в силовых сетях с разными типом и характером нагрузки.
Феррорезонансные трансформаторы и магнитные синтезаторы
Феррорезонансные трансформаторы, часто называемые трансформаторами постоянного напряжения (constant-voltage transformers – CVT) могут работать в условиях просадки напряжения, но эффективны в основном для постоянных нагрузок малой мощности.
Принципиальная схема и зависимость допустимого падения напряжения от нагрузки типичного феррорезонансного трансформатора показана на рис. ниже, где видно, что для нормальной работы (выходное напряжение не ниже 90% от опорного) мощность нагрузки не должна превышать 25% мощности трансформатора при падении напряжения до 30% от опорного, 50% при просадке до 47%, 75% при снижении до 58%.
Т.е. CVT материалоемкие, сравнительно малоэффективные и на практике не пригодны для работы с быстроизменяющейся нелинейной нагрузкой и переходными процессами с большими амплитудами пусковых токов.
Магнитные синтезаторы относят к техническим средствам с автоматической стабилизацией формы синусоиды напряжения (и тока) и обеспечивают защиту от просадок, провалов, перенапряжений, импульсных помех, гармоник, сверх- и интергармоник. Напряжение на выходе формируется путем наложения прямоугольных импульсов от входящих в устройство трансформаторов с насыщением, причем энергия накапливается в реакторах и конденсаторах, что позволяет выводить почти «чистую» форму сигнала с минимальными гармоническими искажениями.
Магнитные синтезаторы эффективны для диапазона нагрузок от 15 до 200 кВА и обычно применяются для стабилизации напряжения крупных вычислительных систем, где просадки или колебания напряжения являются серьезными проблемами.
О супермаховиках, суперконденсаторах, сверхпроводящих накопителях магнитной энергии и др. в следующем материале цикла.
